基于智能云的醫學類專業微機實驗教學模式研究

唐懿文 陳珊珊 肖寒 謝銀月

摘要應用智能云教學平臺和虛擬仿真實驗教學手段，對理實一體化SPOC課程缺失實驗教學環節的問題進行了研究和實踐。針對醫學影像技術專業微機原理與接口技術實驗課程，設計開發項目化虛擬仿真實驗，解決了實驗教學過程中，硬件資源有限、教學效率低、無法遠程教學等問題，構建一個“以學習者為中心”的理論和虛擬仿真實驗教學相結合的混合式教學模式。實踐表明，該模式師生認可度高，對提升學生的學習積極性、自主學習能力、學習效率和創新實踐能力起到良好的效果，為線上線下混合式教學提供了一種可行途徑。

關鍵詞智能云平臺;虛擬仿真;微機原理與接口技術

中圖分類號：G642文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.34.012

Research on Microcomputer Experiment Teaching Mode of Medical Specialty Based on Intelligent Cloud

TANG Yiwen，CHEN Shanshan，XIAO Han，XIE Yinyue

（School of Medical Imaging，Shanghai University of Medicine & Health Sciences，Shanghai 201318）

AbstractApplying smart cloud teaching platforms and virtual simulation experiment teaching methods，the problem of the lack of experimental teaching links in the integrated SPOC course has been studied and practiced. In response to the technical experimental course of microcomputer technology for medical imaging technology，design and development of project-related virtual simulation experiments，solve the problem of hardware resources，low teaching efficiency，low-tech teaching，and construct a hybrid teaching mode combining “learner-centered”theory and virtual simulation experiment teaching. Practice shows that the teacher-student recognition is high，and the ability to improve students' learning enthusiasm，autonomous learning ability，learning efficiency，and innovative practical ability，and provide a feasible way for online mixed teaching.

Keywordssmart cloud platform;virtual simulation;microcomputer principle and interface technology

醫學影像技術專業具有醫工結合的特點，目標是培養復合型應用人才。學生不僅需要具備臨床醫學知識，還需要具備工程知識。因此，授課團隊通過對智能云平臺的應用，結合虛擬仿真實驗，構建基于SPOC的混合式教學模式，對課程理實一體的實驗教學方法進行改革創新與實踐。

SPOC是線上線下混合式教學方案，采用在線教學功能輔助傳統課堂，彌補MOOC對學生約束力不足、教學適應性不強等短板。[1]隨著“互聯網+教育”的推廣，基于智能云的網絡教學平臺為混合式教學提供了技術手段，備受教育界關注戶通過課程資源的深度挖掘，教師將課程的重難點貫穿到在線教學視頻、互動答疑、討論測試等形式中，通過尋求與傳統課堂的結合點，實現線上線下的混合式教學。⑶通過教學設計，教學活動由傳統“填鴨式”的知識傳遞轉變為學習者自主的知識建構，教師則把更多的精力投入到教學設計與反思中。[4]

1在線課程中的實驗需求

微機原理與接口技術課程第一學期共48學時，其中理論32學時，課內實驗16學時，第二學期獨立實驗課32學時，開展設計性實驗教學。課程采用理實一體化教學模式，教師引導學生從“學會”向“會學”過渡，培養學生獨立思考和主動學習的能力，因學生個體差異導致教學效果參差。因此，授課團隊采用SPOC混合教學的模式，使學生能夠有更多的自主學習時間。

然而，多數應用SPOC的實驗課程因缺乏配套虛擬仿真實驗項目，往往采用線下實驗實拍視頻作為在線教學資源，[5-6]而線下學生無實驗條件，使得該環節收效甚微。虛擬仿真實驗應用計算機仿真和人機交互等技術，為SPOC在線課程的實驗教學提供了可行方案，學生可以自主安排線上實驗時間、把握進度，通過智能云平臺實時反饋，實現自主學習和個性化學習。

2虛擬仿真實驗方法

2.1線下實驗器材的弊端

微機實驗既要求學生掌握軟硬件的設計方法，也要求具備聯合調試能力。傳統實驗教學要求配備計算機、下載器和實驗開發板等硬件設備，存在設備故障率高、損耗率高、型號更替等問題，增加實驗室維護成本。[7]由于配備有計算機的實驗室多為公用實驗室，多門課程同時開展教學，即使通過合理化管理，面向學生的課后開放時間也不足，想要進行課后學習的學生很容易遇到時間沖突、缺乏專業指導等問題，得不到良好的效果。

2.2虛擬仿真技術在實驗中的應用

在高校教學中，計算機虛擬仿真技術被普遍應用，借助仿真技術設計開發虛擬實驗項目可以節約成本，增強實驗便利性。在微機原理與接口技術課程實驗中，仿真采用“Protues+ICC”軟件結合的方式，其中Protues是硬件仿真首選軟件，具有電路仿真、控制芯片及外圍電路系統仿真等功能，且支持第三方軟件的聯合開發，ICC作為實驗核心微控制器的編程環境。[7]教學團隊結合醫學影像設備特點，完成課程虛擬仿真實驗項目的設計，解決了混合式課程中自主學習時間短、實驗場地及設備資源緊張的難題，學生得以提高學習效率。

3基于“智能云”的虛擬仿真實驗教學實踐

3.1課程資源的構建

結合課程與專業特點，教學團隊整合理論知識點、設計實驗內容，結合課程思政元素，在線上教學資源中融入職業素養教育、創新意識培養、團隊合作精神培養等內容。課程共包含課件60個、視頻98個、任務點100個和在線題庫300題，通過校內統一智能云課程平臺——超星“學習通”發布課程。

課內實驗部分，教學團隊設計了8個驗證性實驗，結合醫學影像系統的應用場景，將專業設備的介紹融入項目中去，為后續醫學影像設備學等課程教學做好鋪墊。獨立實驗部分，我們設計了2個與專業相關的綜合性實驗，供學生自由選擇，鼓勵學生自主創新設計附加功能。第一，“磁體溫控系統設計”項目，由于環境溫度變化會引起磁共振設備所采用的永磁體磁場漂移，導致設備不穩定，因此實驗要求系統能夠實現實時溫度顯示、溫度上下限監測、異常報警和溫度調節的功能;第二，“掃描床機電控制系統設計”項目，掃描床廣泛應用于大型醫學影像系統，主要作用是支撐患者及輔助設備、患者定位或上下掃描床，該實驗要求控制掃描床的多軸運動，并具有位置顯示、移動限位、緊急制動等功能。這兩個項目均綜合運用了通用I/O端口控制、中斷控制和定時器原理等相關知識點。各實驗項目詳見表1，除了自編實驗指導書外，每個實驗均配備線上指導課件、操作視頻和參考資料，為學生課前預習提供必要引導。

3.2實驗課混合式教學設計

實驗課的設計基于SPOC模式采用反轉課堂的教學設計，有利于激發學生的學習興趣、提高教學效果。每個實驗任務均采用“任務驅動教學法”，以學生為中心，教師作為教學過程的主導，從任務發布到課堂活動再到課后評價反饋，環環緊扣，推動學生完成知識點的學習。[8]圖1是本課程虛擬仿真實驗混合式教學采用的教學過程模型圖。

“課前學習”階段，教師發布任務，學生預習。教師首先通過智能云平臺上傳實驗相關學習資料并發布實驗任務，通過指導課件和視頻引導學生梳理知識點、合理安排實驗步驟，通過在線互動，把握教學班的預習情況，并梳理學生的疑問及對應重難點。學生通過虛擬仿真軟件預習實驗，通過線上自測整理疑難問題，通過云平臺反饋給教師。

“課堂活動”階段，教師課內指導，學生實踐。課堂活動中用到的實驗報告、評價結果等都依托于云平臺。課堂上教師根據課前預習階段的反饋，針對性的進行個別指導或集中演示，強化教學效果。考慮到學生之間的個體差異，課堂內將發布多級別的思考題，鼓勵學生向上“夠一夠”，培養學生探索精神。學生通過虛擬仿真軟件完成實驗步驟，解決預習時遇到的疑問，形成實驗報告，特別對設計性實驗，學生還需在課內完成成果展示與匯報。

“課后評價”階段，教師評價反饋，學生討論。教師對學生開展線上線下綜合評價，發布討論題，點撥升華。學生在智能云終端可實時了解自己的學習評價，查缺補漏，參與討論。

3.3學習評價與教學效果

不同于MOOC教學，SPOC可以整合線上線下的學習情況綜合評價，更客觀更全面，因此在實驗的混合教學實施過程中，各階段的互動與反饋尤為重要，可以作為過程評價參考。對于本課程的實驗教學評價包括過程評價與實驗報告成績，采用多維度評價體系，以求客觀立體的評價學生的學習情況，具體分配如下：過程評價占70%（考勤占10%、課堂互動占15%、視頻學習占35%、課件學習占5%、主題討論占5%），實驗報告占30%。

通過對比，實行線下教學模式的醫學影像技術專業2016、2017級學生與實行混合教學模式的2018、2019級學生，驗證性實驗成績提升約20%，設計性實驗教學過程中混合模式教學下的學生積極性、課堂參與度、成果展示效果、實驗報告情況等均有一定程度的提高。根據調研，91% 的學生認可混合式教學模式，通過學習通后臺統計數據，以2018級某班學生為例，開課期間學生訪問量41359次，生均689次，預習完成率100%，可見混合式教學中學生學習積極性與主動性得到提升。

4結語

基于智能云平臺的微機原理與接口技術虛擬仿真實驗混合式教學模式的設計，注重教育理論的指導作用，建立線上和線下教學活動的連接點，將虛擬仿真技術應用于SPOC教學，使高度依賴硬件設備的實驗得以順利開展，大大提高實驗教學效率。根據專業特點和課程定位，設計虛擬仿真實驗項目，建設優質實驗教學資源，結合課程思政，提升學生專業認知和職業素養，采用多維度的評價體系，有效激勵學生主動學習。該模式的推廣實施獲得了一定的成效，但存在一些值得思考的問題：（1）虛擬仿真實驗無法完全替代硬件設備實驗，考慮到學生實踐能力的培養目標與實驗條件的限制，在獨立實驗課程中合理安排課時，分組開展硬件實驗;（2）教師工作量較傳統模式增加，特別在課程資源建設方面，教學團隊成員還需做好合理分配。

參考文獻

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